Tài liệu Gia cố nền đường dẫn vào cầu bằng phương pháp cọc xi măng đất theo công nghệ trộn ướt tại công trình mở rộng ql1 và tuyến tránh tp. sóc trăng, tỉnh sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI DƯƠNG VĂN ĐẢM GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT THEO CÔNG NGHỆ TRỘN ƯỚT TẠI CÔNG TRÌNH: MỞ RỘNG QL1 VÀ TUYẾN TRÁNH TP. SÓC TRĂNG, TỈNH SÓC TRĂNG CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ Số: 60580204 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS HOÀNG VIỆT HÙNG HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tôi thực hiện, các số liệu, hình ảnh, biểu đồ trong đề tài đều là chân thực, không trùng lập với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây. Các biểu đồ, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích nguồn thu thập chính xác rõ ràng. Tác giả luận văn DƯƠNG VĂN ĐẢM i LỜI CÁM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn quý thầy cô của trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là những thầy cô thuộc bộ môn Địa kỹ thuật và những thầy cô đã trực tiếp giảng dạy cho tôi trong thời gian theo học vừa qua. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hoàng Việt Hùng Thầy đã hỗ trợ tôi rất nhiều về việc bổ sung kiến thức chuyên môn, nguồn tài liệu và những lời động viên quý báu trong quá trình học viên học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này Nhân đây, tôi chân thành cám ơn quý Thầy, Cô, Anh Chị nhân viên của Phòng Đào tạo Sau Đại học và bạn bè, gia đình đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng để hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và sự hiểu biết của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quý báo của quý thầy cô và các bạn. ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................v DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................vi KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ............................................................................................ vii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ........................................................................................................................6 1.1 Tổng quan về đất yếu và nền đất yếu: .......................................................................6 1.1.1 Khái niệm về đất yếu .............................................................................................6 1.1.2 Khái niệm nền đất yếu ............................................................................................6 1.1.3 Một số loại đất yếu thường gặp: ............................................................................7 1.1.4 Các vấn đề đặt ra khi xây dựng công trình trên nền đất yếu : ...............................7 1.2 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu: ...................................................................8 1.2.1 phương pháp thay thế lớp đất nền yếu bằng đệm cát: ...........................................8 1.2.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát ...................................9 1.2.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc thấm..............................10 1.2.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp gia tải trước .........................12 1.2.5 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật ........................................13 1.2.6 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất..................15 1.3 Luận chứng chọn phương pháp xử lý nền bên dưới sàn giảm tải vào cầu ..............16 1.3.1 So sánh tính khả thi của các giải pháp xử lý nền ...............................................16 1.3.2 Lựa chọn phương pháp cọc xi măng đất để xử lý nền bên dưới sàn giảm tải vào cầu [1][2][3]...................................................................................................................17 1.4 Kết luận chương 1 ..................................................................................................20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT .......................................................................................................................................22 2.1. Khái niệm về cọc xi măng đất ................................................................................22 2.1.1 Khái niệm: ..........................................................................................................22 2.1.2 Ưu điểm của cọc xi măng đất: ............................................................................22 2.1.3 Giới thiệu công nghệ trộn sâu khoan phụt vữa cao áp – Jet Grouting: ...............23 2.1.4 Tiến hành phương pháp cọc xi măng đất: [3]....................................................24 2.1.5 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các phương pháp. ..............................33 iii 2.1.6 Phân tích lựa chọn phương pháp tính toán. ........................................................ 34 2.2 Ứng dụng thực tế của phương pháp cọc xi măng đất trong các công trình xây dựng hiện nay. ............................................................................................................... 35 2.2.1 Trên thế giới: ........................................................................................................ 35 2.2.2 Ứng dụng cọc xi măng đất ở Việt Nam: .............................................................. 35 2.3 Kết luận .................................................................................................................. 37 CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT CHO CÔNG TRÌNH MỞ RỘNG QL1 VÀ TUYẾN TRÁNH TP. SÓC TRĂNG, TỈNH SÓC TRĂNG ...................................................................................... 39 3.1. Tổng quan về công trình: ....................................................................................... 39 3.1.1 Giới thiệu về khu vực và công trình : .................................................................. 39 3.1.2 Điều kiện tự nhiên : ............................................................................................. 40 3.1.3 Đặc điểm địa chất : .............................................................................................. 40 3.2 Lựa chọn thông số và đề xuất phương án thiết kế................................................... 44 3.2.1 Các thông số cơ bản đường dẫn vào cầu ............................................................. 45 3.2.2 Các thông số của nền đường và cọc xi măng đất ................................................. 46 3.2.3 Tính toán thiết kế cọc xi măng đất ...................................................................... 47 3.3 Kết luận .................................................................................................................. 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 73 I. Những kết quả đã đạt được ........................................................................................ 73 II. Những vấn đề còn tồn tại .......................................................................................... 74 III. Hướng nghiên cứu tiếp theo: .................................................................................. 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 75 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Thi công bấc thấm ..........................................................................................11 Hình 1.2 Thi công cọc xi măng đất ...............................................................................15 Hình 2.1. Công nghệ Jet Grouting (a. Công nghệ S; b. Công nghệ D; c. Công nghệ T) .......................................................................................................................................24 Hình 2.2: Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cọc xi măng đất ............................28 Hình 2.3: Phá hoại khối .................................................................................................29 Hình 2.4: Phá hoại cắt cục bộ ........................................................................................29 Hình 2.5: Sơ đồ tính toán biến dạng ..............................................................................30 Hình 2.6. Gia cố cọc xi măng đất tại sân bay Cần Thơ. ................................................37 Hình 2.7. Gia cố cọc xi măng đất móng bồn dầu tại Cần Thơ ......................................37 Hình 2.8. Gia cố cọc xi măng đất tại cảng dầu khí Vũng Tàu ......................................37 Hình 3.1. Bảng đồ tuyến tránh thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng. .........................39 Hình 3.2 Hình ảnh đường dẫn vào cầu tuyến tránh thành phố Sóc Trăng. ...................45 Hình 3.3 Mặt cắt ngang nền đường dẫn khi áp dụng giải pháp xử lý ...........................47 Hình 3.4 Quan hệ giữa tỉ lệ N/XM với cường độ chịu nén của ĐXM ..........................49 Hình 3.5 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng với cường độ chịu nén của ĐXM ............49 Hình 3.6 Cường độ kháng nén đơn tương ứng với một tỷ lệ ximăng/đất ở 28 ngày tuổi .......................................................................................................................................51 Hình 3.7 Thực hành thí nghiệm mẩu xi măng đất .........................................................51 Hình 3.8: Sơ đồ xác định kích thước khối đắp trên nền gia cố .....................................55 Hình 3.9 Sơ đồ tính lún .................................................................................................60 Hình 3.10: Các điều kiện biên của bài toán- Trường hợp tính khi nền chưa gia cố......66 Hình 3.11: Kết quả tính chuyển vị của trường hợp 1, khi nền chưa có gia cố. .............67 Hình 3.12: Kết quả tính chuyển vị ngang của hệ nền và khối đắp. ...............................68 Hình 3.13: Điều kiện biên bài toán mô phỏng cho trường hợp 2, khi nền có gia cố. ...69 Hình 3.14: Kết quả tính chuyển vị của trường hợp 2, khi nền đã có gia cố. .................70 Hình 3.15: Kết quả tính chuyển vị ngang của trường hợp 2, khi nền đã có gia cố. ......71 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý đất yếu và một số lưu ý ............ 16 Bảng 3.1 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 41 Bảng 3.2 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 42 Bảng 3.3 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 43 Bảng 3.4 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 44 Bảng 3.5 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 47 Bảng 3.6 Cường độ nén mẩu ở tuổi 28 ngày................................................................. 48 Bảng 3.7 Tổng hợp cường độ kháng nén đơn tương ứng với từng tỷ lệ ximăng/đất ở độ tuổi 28 ngày ................................................................................................................... 49 Bảng 3.8 Kết quả cường độ chịu nén của ĐXM ........................................................... 50 Bảng 3.9 Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ∆S tại trục tim của nền đường sau khi hoàn thành công trình .................................................................................................... 52 Bảng 3.10 Thống kê các số liệu địa chất nền đường..................................................... 63 Bảng 3.11: Độ lún tại độ sâu 23,25m ........................................................................... 64 vi KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT : Sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất. Qult [M] : Moment giới hạn của cọc xi măng đất. Fs : Là hệ số an toàn. [S] : Độ lún giới hạn cho phép. ∑ Si as : Độ lún tổng cộng của móng cọc. : Diện tích tương đối của cọc xi măng đất. Ecol : Mô đun đàn hồi của cọc xi măng đất. Ccol : Lực dính của cọc xi măng đất. φcol : Góc nội ma sát của cọc xi măng đất. Acol : Diện tích của cọc xi măng đất. Esoil : Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố Csoil đất. : Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng φsoil măng đất. :Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi Asoil : Diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng đất. Etđ : Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được gia cố. Ctđ : Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố. φtđ : Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố. E50 : Mô đun biến dạng. d : Đường kính cọc. Lcol : Chiều dài cọc. Cu.soil : Độ bền chống cắt không thoát nước. B, L, H : Chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi măng đất. vii hi : Bề dày lớp đất tính lún thứ i. eoi : Hệ số rỗng của lớp đất. Cri : Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải. Cci : Chỉ số nén lún. σ’vo : Ứng suất do trọng lượng bản thân. Δσ’v :Gia tăng ứng suất thẳng đứng. σ’p : Ứng suất tiền cố kết. Qp : khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc. ffs : Hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất. fq : Hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài. H : Chiều cao nền đắp. q : Ngoại tải tác dụng. γ : Dung trọng đất đắp. R : Bán kính cung trượt tròn. τe : Sức chống cắt của vật liệu đất đắp. τav : Sức chống cắt của vật liệu cọc cu : Lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố. Δl : Chiều dài cung trượt tương ứng. xi : Cánh tay đòn của mảnh thứ I so với tâm quay. wi : Trọng lượng của mảnh thứ i. φi : Góc ma sát trong của lớp đất. Ltb : Độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài. Q : Khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên. t : Tỉ lệ xi măng dự kiến. viii MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Đồng bằng sông Cửu Long được biết đến là nơi có nhiều vùng đất yếu, đặc biệt lưu vực sông Tiền và sông Hậu. Nhiều công trình quan trọng được hình thành và phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc theo các dòng sông và bờ biển. Dọc theo các tuyến đường sự cố tại vị trí tiếp giáp giữa đường và cầu đắp trên nền đất yếu (lún gãy, độ cứng thay đổi đột ngột), dẫn đến hiện tượng ô tô bị xóc khi ra vào cầu làm ảnh hưởng đến độ êm của người và hàng hóa trên xe, gây ra tai nạn giao thông, giảm vận tốc xe chạy và tăng chi phí duy tu bảo dưỡng công trình.v.v. đây là dạng sự cố phổ biến, không chỉ xuất hiện riêng tại Việt Nam mà ngay cả các quốc gia phát triển. Trong đó sự cố vị trí tiếp giáp giữa đường và cầu và hiện tượng mặt đường lún theo vệt bánh xe là hai vấn đề lớn mà Bộ giao thông vận tải đặc biệt quan tâm. Vùng đồng bằng sông Cửu Long và khu vực tỉnh Sóc Trăng có bề dày tầng đất yếu lớn và biến đổi phức tạp, cục bộ; Phần lớn các công trình cầu tại khu vực này đều gặp các sự cố tại vị trí tiếp giáp giữa đường và cầu. Việc nghiên cứu nhằm khắc phục các sự cố đã nêu tại đoạn đường dẫn vào cầu tại khu vực nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng và cấp thiết. Các phương pháp sử dụng để khắc phục sự cố tại các vị trí tiếp giáp trên thường được áp dụng hiện nay là: Thay thế đất; làm chặt đất (đầm chặt đất, giếng cát, cọc cát); tăng khả năng chịu kéo của đất (vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật); dùng cọc bêtông, cọc tràm.... Tuy nhiên mỗi phương pháp tồn tại một số nhược điểm riêng: Thiếu vật liệu thay thế đất yếu do đất tại chỗ không đảm bảo yêu cầu, đôi khi khối lượng đất phải thay thế quá lớn; đầm chặt đất, bấc thấm vải địa kỹ thuật khó khăn khi thi công trong nước; cọc cát và giếng cát phải chờ thời gian đất cố kết; cọc bêtông có giá thành cao, thời gian thi công kéo dài; đất yếu có chiều dày lớn thì dùng cọc tràm hiệu quả thấp... Cọc xi măng - đất là giải pháp công nghệ xử lý đất yếu đã được áp dụng tại nhiều nước trên thế giới và gần đây đã du nhập vào nước ta. Đây là giải pháp xử lý nền kinh tế, thi công nhanh, không có chất thải, không có độ lún thứ cấp. 1 Tuy nhiên việc tính toán thiết kế, nghiệm thu, đánh giá chất lượng cọc ximăng đất hiện nay vẫn chưa rõ ràng, các quan điểm còn khác nhau, chưa thống nhất. Ở nước ta chỉ mới có TCXDVN 385:2006 “Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc ximăng đất” do Bộ xây dựng ban hành, phương pháp này chủ yếu đề cập đến phương pháp trộn cơ khí và khi áp dụng thì thấy nhiều vấn đề còn sơ sài. Vì vậy cần thiết phải có những nghiên cứu về nhiều khía cạnh để làm rõ những vấn đề nêu trên. II. Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài là khắc phục các sự cố cho đoạn đường dẫn vào cầu khu vực tỉnh Sóc Trăng và đồng bằng sông Cửu Long, nhằm chuyển tiếp êm nhẹ nhàng cho đoạn tuyến vào cầu, đảm bảo cho hàng hóa và hành khách trên ô tô có được sự thỏa mái, tiện nghi khi ô tô lưu thông qua cầu, đảm bảo an toàn khi lái xe cũng như vận tốc xe chạy trên tuyến đường. Đề tài này nghiên cứu ứng dụng cọc xi măng đất để xử lý khối đắp trên đất yếu bằng công nghệ trộn sâu dạng ướt: - Xác định phương án bố trí hợp lý khi dùng cọc ximăng đất để gia cố nền; - Tìm được được phương pháp tính toán gia cố nền đất yếu thích hợp ; - Nghiên cứu, phân tích phương pháp đánh giá chất lượng cọc ximăng đất. III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu III.1 Cách tiếp cận: Vận dụng phối hợp các phương án gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất bằng phương pháp trộn sâu dạng ướt đang được sử dụng phổ biến tại các công trình thực tế theo tiêu chí thiết kế đã xây dựng, từ đó phân tích - đề xuất ra giải pháp thiết kế mới. Lý thuyết tính toán gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất do các nhà khoa học đã công bố trước đây được xem là đúng đắn, có thể sử dụng để tính toán các giải pháp thiết kế do luận án đề xuất 2 a. Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu: Nhu cầu xử lý nền để đảm bảo ổn định tổng thể các công trình nói chung và công trình Thuỷ lợi nói riêng trên nền đất yếu là rất lớn. Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới nhằm giải quyết vấn đề trên và khắc phục được nhược điểm của các phương pháp cũ là rất cần thiết. b. Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành: - Các tiêu chuẩn về thiết kế công trình trên nền đất yếu; - Các tiêu chuẩn về ứng suất, biến dạng...; Tiêu chuẩn về vật liệu. c. Tiếp cận với thực tiễn công trình: Các công trình đê kè trên nền đất yếu ứng dụng cọc ximăng đất để xử lý nền hiện nay khá nhiều, việc tính toán nền công trình là không thể thiếu trong quá trình tính toán thiết kế. Phương pháp đánh giá chất lượng cọc hiện nay chủ yếu là lấy cọc đã thi công ngoài hiện trường về thí nghiệm trong phòng, nhưng việc khoan lấy mẫu, vận chuyển đôi khi làm ảnh hưởng đến mẫu làm kết quả không chính xác d. Tiếp cận có kế thừa: Tiếp thu kinh nghiệm, kết quả từ các đề tài, dự án đặc biệt các công trình đang được thi công tại các tỉnh khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Sử dụng các kiến thức đã được nghiên cứu, phát huy sáng tạo trên nền tảng sẵn có. III.2 Phương pháp nghiên cứu: Luận án chọn cách tiếp cận với đoạn đường dẫn vào cầu bằng việc nghiên cứu các yêu cầu về độ lún, tải trọng tác động lên sàn giảm tải vào đất nền. Từ đó nghiên cứu gia cố nền móng bên dưới đoạn chuyển tiếp này bằng phương pháp cọc xi măng đất. Sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm cùng với việc ứng dụng công nghệ tin học trong tính toán - Phương pháp thu thập thông tin: 3 + Thu thập từ các đề tài, Dự án liên quan đến xử lý nền đất yếu. + Điều tra, khảo sát, tổng hợp số liệu, thu thập tài liệu thực tế, tài liệu tham khảo, phân tích, xử lý số liệu; + Thu thập từ mạng Internet và các nguồn khác. - Phương pháp chuyên gia: Tranh thủ ý kiến và kiến thức của các chuyên gia trong các lĩnh vực. - Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán: Sử dụng các phần mềm tính toán hiện đại để mô phỏng bài toán nghiên cứu. IV. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về đất yếu và các biện pháp xử lý nền đất yếu Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về xử lý nền bằng cọc đất-xi măng Phân tích ứng dụng với công trình và điều kiện đất nền cụ thể, rút ra được kết luận kiến nghị về hiệu quả ứng dụng của công trình. V. Kết quả đạt được: Giới thiệu và phân tích các phương pháp tính toán thiết kế cọc ximăng - đất. Nêu ra ưu nhược điểm, và những phần còn chưa đủ khi áp dụng, từ đó giúp người thiết kế có cái nhìn sâu hơn về công nghệ này. Tính toán thiết kế ứng dụng cọc ximăng - đất xử lý nền cho công trình: Mở rộng QL1 và tuyến tránh TP.Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng, công trình đã thi công và đi vào vận hành tốt. Trong phần ứng dụng, tác giả đã phân tích điều kiện đất nền, điều kiện tải trọng công trình để đề xuất phương án xử lý nền sao cho đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật của công trình. Với điều kiện đất nền yếu, chiều dày lớp đất yếu tới 14,5 m, nếu không xử lý công trình sẽ có độ lún khoảng trên dưới 1 m. Với đề xuất phương án xử lý nền bằng cọc xi măng đất, luận văn đã tính toán bằng giải tích để có số liệu sơ bộ cho phương án. Trên cơ sở này tiến hành mô phỏng bằng mô hình số để có phương án đối chứng. 4 Kết quả mô phỏng cho kết quả khá sát với thực tế, nếu không gia cường nền độ lún công trình đạt 0,9 m. Không đảm bảo điều kiện vận hành công trình. Sau khi gia cường bằng cọc xi măng đất, hàm lượng xi măng 200 kg/m3, kết quả mô phỏng cho giá trị chuyển vị đứng (lún) lớn nhất là 19 cm. Đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật cho công trình. 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 1.1 Tổng quan về đất yếu và nền đất yếu: 1.1.1 Khái niệm về đất yếu Đất yếu là những loại đất sét trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy bão hòa nước, các loại đất hạt nhỏ, hạt mịn, than bùn Một số đặc điểm của đất yếu: Đất yếu thường là đất dính hoàn toàn bão hòa nước: Sức chịu tải thấp: 0,5 – 1 kG/cm2. Đất có tính nén lún lớn: a > 0,1 cm2/kG. Hệ số rỗng lớn: e > 1,0. Độ sệt lớn: B > 1. Mô đun biến dạng nhỏ, khả năng chống cắt nhỏ (ϕ, c nhỏ) Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước lớn, dung trọng nhỏ 1.1.2 Khái niệm nền đất yếu Nền đất yếu là phạm vi đất nền gồm các tầng đất yếu có khả năng chịu lực kém, nằm dưới móng công trình và chịu tác động của công trình truyền xuống. Nền đất yếu có thể là một lớp đất yếu hoặc nhiều lớp đất yếu xen kẽ lớp đất tốt. Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng khi xây dựng các công trình trên nó. Công trình khi gặp nền đất yếu thì tùy thuộc vào đặc điểm kết cấu, tính chất của đất mà sử dụng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường. Trong thực tế có rất nhiều công trình bị lún sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không nhận thức được chính xác các tính 6 chất cơ lý và khả năng làm việc của đất nền. Do vậy việc đánh giá đúng các tính chất cơ lý của nền đất yếu và từ đó làm cơ sở để đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế đảm bảo công trình ổn định, tránh được các sự cố, hư hỏng và giá thành kinh tế nhất. 1.1.3 Một số loại đất yếu thường gặp: - Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét ở trạng thái bão hoà nước, có cường độ thấp. - Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng lớn, rất yếu vể mặt chịu lực. - Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%) - Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy. - Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập. 1.1.4 Các vấn đề đặt ra khi xây dựng công trình trên nền đất yếu : Móng của công trình thuỷ lợi, giao thông, nhà cửa và các dạng công trình khác đặt trên nền đất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết : + Vấn đề độ lún công trình: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nền đất. Nhiều trường hợp tôn nền khu dân cư hoặc bờ đắp trên đất yếu có độ lún lên đến 2-3m. Có trường hợp do đất nền có tính từ biến, do độ lún của công trình kéo dài trên 30 năm. Có những trường hợp do lún không đều đã dẫn đến trượt công trình. 7 + Vấn đề về ổn định công trình: Các bài toán về sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền móng, ổn định mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc ..... phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn. + Thấm : Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác động của áp lực nước. + Hóa lỏng: Đất nền bị hóa lỏng do tải trọng tác động (tàu hỏa, ôtô và động đất.... ). Như vậy: Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, công trình sẽ đứng trước rất nhiều nguy cơ bị phá hỏng, đòi hỏi phải có phương pháp để sử lý trước hoặc sau khi xây dựng công trình 1.2 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu: Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng công trình trên nền đất yếu cần phải có các biện pháp kĩ thuật để cải tạo tính năng xây dựng của nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo. Với việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào nhiều điều kiện như : đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất v..v. Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra biện pháp xử lý hợp lý. Trong phạm vi chương này sẽ đề cập đến các biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu như : 1.2.1 phương pháp thay thế lớp đất nền yếu bằng đệm cát: Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m. Biện pháp tiến hành: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt. Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau: - Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới. 8 - Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát. - Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng. - Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận được. - Làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt. Tăng nhanh quá trình cô kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng thời gian ổn định về lún cho công trình. - Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương đối rộng rải. Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m. Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định 1.2.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát Phương pháp cọc cát là một phương pháp để làm ổn định nền đất yếu bằng cách thi công các cọc cát được đầm kĩ với đường kính lớn bằng quá trình lặp đi lặp lại rút hạ cọc ống thép được rung. Phương pháp này tạo ra các ống mao dẫn (là cọc cát) làm giảm mực nước ngầm trong đất, làm chặt đất và cải thiện chỉ tiêu cơ lý của đất nền. Phương pháp này thường được dùng gia cố nền các khu vực đất yếu (Đầm lầy, khu vực nền ẩm ứơt......). Khu vực đất nền được xác định mật độ cọc, chiều sâu cọc Một vài dạng của phương pháp này đã có từ đầu thế kỷ 19 do các kỹ sư trong quân đội Pháp dùng đầu tiên, nhưng phải tới 50 năm sau thì người Đức mới áp dụng các công nghệ hiện đại cho phương pháp này. Cọc cát đã được thiết kế ở một số công trình xây dựng dân dụng và giao thông ở Việt Nam khi cần nhanh tiến độ thi công. Nhược điểm sử dụng phương pháp cọc cát gây tốn kém, thời gian thi công kéo dài gây xáo trộn cấu trúc nền đất và khó kiểm tra chất lượng cọc cát. Ứng dụng nền có chiều dày > 3m. 9 * Mức nước ngầm (tại thời điểm thi công) phải ở sâu ( nếu lớn hơn độ sâu đỉnh cọc cát thì tốt nhất) * Các lớp đất trong phạm vi gia cố bị ép chặt khi đóng lổ tạo cọc cát ( không xuất hiện tình huống gia tăng áp lực nước lổ rổng khi tạo lổ , và giảm áp lực này khi kéo ống vách lên , đầm cát tạo cọc cát.). Do đó nếu nước trồi lên mặt đất thì đây là quá trình tiêu tán áp lực nước lổ rổng và hiệu quả nén chặt đất không cao. Khi đó Đất đang cố kết, mà với đất dính thì cần thời gian, không thể có hiệu quả tức thời. * Không phá hoại đất xung quanh ống vách khi tạo lổ cho cọc cát. Trong trường hợp làm chặt nền cần thận trọng vì những giả thiết để tính toán là không phù hợp với đất sét yếu bão hoà nước. Giả thiết đưa ra là thể tích vùng gia cố là không thay đổi (không có dịch chuyển ngang và đất không trồi lên), như vậy nền sẽ được làm chặt dung trọng của đất được tăng lên. Giả thiết này chỉ phù hợp với đất thuộc loại hoàng thổ (loss) rời rạc, có mực nước ngầm nằm sâu. Khi đóng tạo lỗ để thi công cọc cát với hiệu ứng rung đất sẽ được đầm chặt. Còn đối với đất sét yếu bão hoà nước hiệu ứng nén chặt trong quá trình thi công cọc cát là không đáng kể vì sự nén chặt của nền đất là quá trình cố kết và đòi hỏi phải có thời gian. Trước đây một phương pháp gia cố nền được áp dụng sau đó bị lãng quyên đó là phương pháp cọc tháp, nguyên lý cũng tương tự như cọc cát làm chặt nền. Nó đã được áp dụng cho nền đất yếu bão hoà nứơc ở Hà nội và đã thất bại. 1.2.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc thấm Bấc thấm là vật liệu địa kỹ thuật dùng để thoát nước đứng nhằm gia tăng khả năng ổn định của nền móng, được cấu tạo từ hai lớp: lớp áo bằng vải địa kỹ thuật không dệt, sợi liên tục PP hoặc PET 100%, không thêm bất cứ chất kết dính nào và lớp lõi thoát thoát nước đùn bằng hạt nhựa PP, có rãnh cả hai phía. 10